微观水分和养分条件对铜绿假单胞菌噬菌体裂解宿主过程的影响

摘 要：【目的】研究不同水分和养分条件下,细菌和噬菌体的生长和运移规律、细菌和噬菌体种群互作过程以及其对群落结构的影响和调控机制。【方法】通过控制微生物运动平板表面相对水膜厚度研究铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa PAO1）和铜绿假单胞菌噬菌体PA-27-1（Pseudomonas phage PA-27-1）的互作过程。【结果】细菌和噬菌体的互作主要受噬菌体裂解细菌、细菌的运动和噬菌体扩散三个因素控制。水分通过调控多孔表面水膜的厚度和连通性来改变细菌在微孔尺度的运动,进而影响微生物在粗糙界面的增殖和生物膜的形成过程以及菌落的形态特征,同时通过影响噬菌体的扩散传播来调节细菌和噬菌体之间的互作机制。细菌与噬菌体自身运动性及个体大小上的不同也导致二者在微观孔隙中增殖（扩散）特征的差异。相对低水膜网络促进了细菌和噬菌体之间的空间隔离,降低了噬菌体有效侵染细菌的概率,从而有利于细菌的增殖。丰富的养分条件有利于细菌生物量的快速繁殖,进而促进噬菌体的增殖。【结论】本研究揭示了环境生物膜等微生境中噬菌体和宿主细菌的生长和运移规律,有助于为深入理解土壤噬菌体的时空分布特征与演变规律以及其与土壤细菌之间的互作模式提供理论基础和数据支撑。     

基于知识图谱分析的土壤氮循环功能基因研究进展

土壤氮循环功能基因广泛地参与包括固氮、氨化以及硝化和反硝化作用等一系列生态过程,是氮素生物地球化学循环的关键组成部分,在很大程度上影响土壤生产力、全球环境变化以及碳中和可持续发展。近几十年来,分子生物学和微生态学技术的快速发展极大地促进了与土壤氮循环密切相关的功能基因以及其功能微生物群落特征等方面的研究。本研究利用检索自Web of Science数据库中2001—2020年期间土壤氮循环功能基因相关文献,结合R语言科学知识图谱分析方法,从发文量、高被引论文、高频关键词及历史直接引文等方面对土壤氮循环功能基因研究现状进行了系统分析,并总结了土壤氮循环功能基因领域的研究动态、热点和发展趋势。结果表明：1）应用分子生物学技术挖掘土壤氮循环相关微生物功能基因及群落结构探索土壤氮循环的微生物学机制,是当前土壤氮循环研究领域的热点及切入点。2）土壤氮循环功能基因研究主要集中于3个方面：(1)利用宏基因组学等技术对土壤氮循环相关的功能基因进行筛选、识别和注释,从而发现新的微生物功能基因序列、更新引物数据库等;(2)环境因子及管理措施对土壤氮循环相关微生物指标的影响;(3)利用功能基因丰度表征土壤氮...     

一个东北农田黑土样品宏病毒组的初步分析

病毒在地球上无处不在,几乎能感染任何生物,包括动物、植物、真菌以及细菌等,因而在生物地球化学元素和能量的循环过程中发挥重要作用。了解土壤病毒基因信息有助于我们深入理解病毒在生态系统中所扮演的角色。本研究选取一个东北农田黑土样品中的病毒为研究对象,基于病毒宏基因组测序技术获得土壤病毒基因序列,并利用生物信息分析方法揭示土壤病毒多样性。同时,结合个性化分析宏病毒组基因序列、进行功能基因分析、宿主预测和单病毒基因组组装和注释。研究发现该农田土壤检测到的病毒主要归属于有尾噬菌体目（Caudovirales,59.38%）和疱疹病毒目（Herpesvirales,2.56%）等2个病毒目中的29个病毒科,其中以长尾噬菌体科（Siphoviridae）、微小噬菌体科（Microviridae）的病毒数量最多,分别占44.48%和20.53%。基因功能分析表明土壤病毒可能参与土壤中的酶催化、生物代谢（如氮化合物代谢、分解代谢、多生物代谢、细胞代谢、初级代谢、含碱基小分子代谢以及有机物代谢等）等过程。宿主预测分析揭示检测到的病毒宿主分属5个菌门中的35个菌属。本研究结果丰富了土壤病毒的基因数据库,为土壤病毒分离提供参考,并为进一步理解土壤病毒生态学意义提供数据支撑。     

土壤细菌趋化性研究进展

土壤是地球生态系统中最具生命活性的组成部分,特有的孔隙结构承载着生物圈中最丰富多样的微生物生命形态,为动植物提供了大量的调控功能。土壤是一个不断演变和发展的生态系统,而微生物是土壤生态系统的核心,也是驱动碳、氮等元素以及能量循环的关键因子。趋化性是细菌在长期进化过程中形成的帮助其寻找食物或趋利避害的本能,结合其他的内在生理特征,细菌能够迅速适应动态变化的环境。营养物、异源污染物和水分条件等的不均匀分布致使土壤中细菌趋化现象普遍存在,并且时刻影响土壤微生物的群落组成及其时空分布。近年来,土壤细菌趋化性已成为国内外土壤微生物学研究的热点和重点。本文分析了土壤细菌趋化性研究的前沿问题和主要进展,阐述了细菌趋化行为模式、趋化信号传导通路和趋化性数学模型,探讨了土壤中普遍存在的细菌趋化现象及相关的主要研究技术手段(荧光原位杂交技术、微流控技术和光学显微技术),并对土壤细菌趋化性研究的发展趋势进行了展望,旨在为今后的相关研究和实际应用提供参考。     

解钾菌及其释钾微观机制的研究进展

解钾菌主要通过黏附到矿物表面并释放酸性物质,将难溶性钾、磷和硅等营养元素释放出来进而供植物吸收利用。研究解钾菌释钾机制,对土壤肥力改善和绿色农业发展具有重要作用,并促使其成为国内外学者关注的热点问题。前人有关解钾机制（酸解、酶解、多糖络合溶解等）和室内或田间施用效果等宏观方面做了大量的研究和总结,然而,从微观尺度揭秘解钾菌和矿物间的生物物理相互作用机制很可能是剖析解钾过程黑匣子的关键和新思路。本文简要概述了解钾菌的种类和施用效果,重点剖析了单细胞水平上解钾菌在含钾矿物表面生物膜形成微观过程及影响因素,并详细介绍了研究解钾菌相关的前沿科学技术。